摩尔芯闻 > 行业新闻 > 半导体 > 手机射频模块驱动程序 浅谈手机射频芯片的作用

手机射频模块驱动程序 浅谈手机射频芯片的作用

·2018-09-14 17:57·电子发烧友
阅读:1009

本文主要是关于手机射频的相关介绍,并着重对手机射频的原理及其作用进行了详尽的阐述。

手机射频

手机射频是指接收、发送和处理高频无线电波的功能模块,我国依据ITU的规范。对3G的频率规划如下:中国移动TD-SC DMA 是1880--1900MHz和2010—2025MHz;中国电信CDMA2000是1920一1935MHz和2110一2125MHz:中国联通WCDMA是1940一1955MHz和2130—2145MHz。

电波需要发射出去,必须频率高到一定程度才行,如GSM的900MHZ和1800MHZ。声音的频率很低,只有20HZ-20KHZ,这种频率的信号是无法直接发射的,必须将其调制到高频上也是就是射频上才能发射,这就是射频的意思。

为了达到手机和基站的良好通讯,要求手机发射的射频必须有足够的强度才行,当手机与基站距离较近时,可以用较小功率就可以维持通信了,当手机与基站距离很远时,手机必须加大自身的发射功率,才能维持良好通信水平。所以,手机中射频的功率是自动可调的。

手机射频模块驱动程序 浅谈手机射频芯片的作用

影响因素

1.天线的集成度,手机为了外观小巧,很多天线集成在手机内部,对射频有影响,为了达到良好的效果,手机要更大的射频功率以维持正常工作,这样的话,会对人体产生一定的影响

2.接收机的特性对手机射频也有影响,差的接收机会让用户收听到低质量的声音,使用户丢失基站信息并且造成呼叫断线。差的接收机灵敏度经常是由于发射机发射的内部噪声和杂散信号回馈到接收机内部造成的。因此,C TI A标准要求:在发射机最大发射功率下测量接收机灵敏度。

进入移动互联网时代,手机集成了越来越多的RF技术,比如支持L TE 、TD-SCDMA、WCMDA、CDMA2000、HSDPA、EDGE、GP RS 、GSM中多个标准的双模/多模手机,可实现VoIP、导航、自动支付、电视接收的 Wi-Fi 、GPS、 RFID 、 NFC 手机。采用多种RF技术使手机的设计变得越来越复杂。

手机射频技术和手机射频模块基本构成

3G手机射频部分由射频接收和射频发送两部分组成,其主要电路包括天线、无线开关、接收滤波、频率合成器、高频放大、接收本振、混频、中频、发射本振、功放控制、功放等。

总体来说,基本的手机射频部分中的关键元件主要包括RF 收发器 (Transceiver), 功率放大器 (PA),天线开关模块(ASM),前端模块(FEM),双工器,RF SAW 滤波器 及合成器等,如图所示。下面将着重从三个基本部分开始介绍:

手机射频模块驱动程序 浅谈手机射频芯片的作用

手机射频模块功率 放大器 (PA)

功率放大器(PA)用于将收发器输出的射频信号放大。功率放大器领域是一个有门槛的独立的领域,也是手机里无法集成化的元件,同时这也是手机中最重要的元件,手机性能、占位面积、通话质量、手机强度、电池续航能力都由功率放大器决定。

功率放大器领域主要厂家是RFMD、Skyworks、TriQuint、Renesas、 NXP 、Avago、AN ADI GICS。现在,原本是PA企业合作伙伴的 高通 ,也直接加入到PA市场中,将在2013年下半年推出以CMOS制程生产的PA,支持LTE-FDD、LTE-TDD、WCDMA、EV-DO、CDMA 1x、TD-SCDMA与GSM/EDGE七种模式,频谱将涵盖全球使用中的逾40个频段,以多频多模优势宣布进军PA产业。

PA市场经历了LDMS PA“擂主”时代之后,砷化镓(GaAs)PA成为3G时代PA市场的“擂主”。当年带领砷化镓攻打PA市场的TriQuint正在积极布局砷化镓的蓝图,针对3G/4G智能手机扩展连接推出高效率多频多模功率放大器MMPA。

而高通以CMOS PA攻擂PA市场,未来PA可能会成为手机平台的一部分,并会出现手机芯片平台企业收购、兼并PA企业的现象。

如何集成这些不同频段和制式的功率放大器是业界一直在研究的重要课题。目前有两种方案:一种是融合架构,将不同频率的射频功率放大器PA集成;另一种架构则是沿信号链路的集成,即将PA与双工器集成。两种方案各有优缺点,适用于不同的手机。融合架构,PA的集成度高,对于3个以上频带巨有明显的尺寸优势,5-7个频带时还巨有明显的成本优势。缺点是虽然PA集成了,但是双工器仍是相当复杂,并且PA集成时有开关损耗,性能会受影响。而对于后一种架构,性能更好,功放与双功器集成可以提升电流特性,大约可以节省几十毫安电流,相当于延长15%的通话时间。所以,业内人士的建议是,大于6个频段时(不算2G,指3G和4G)采用融合架构,而小于四个频段时采用PA与双工器集成的方案PAD。目前TriQuint可提供两种架构的方案,RFMD主要偏向于融合PA的架构,Skyworks偏向于多频PAD方案。

收发器是手机射频的核心处理单元,主要包括收信单元和发信单元,前者完成对接收信号的放大,滤波和下变频最终输出基带信号。通常采用零中频和数字低中频的方式实现射频到基带的变换;后者完成对基带信号的上变频、滤波、放大。主要采用二次变频的方式实现基带信号到射频信号的变换。当射频/中频(RF/IF)IC接收信号时,收信单元接受自天线的信号(约800Hz~3GHz)经放大、滤波与合成处理后,将射频信号降频为基带,接着是基带信号处理;而RF/IFIC发射信号时,则是将20KHz以下的基带,进行升频处理,转换为射频频带内的信号再发射出去。

前些年收发器领域厂家分为两大类,一类是依托基频平台,将收发器作为平台的一部分,如高通、NXP、飞思卡尔和 联发科 。这是因为收发器与基频的关系非常密切,两者通常需要协同设计。另一类是专业的射频厂家,不依靠基频平台来拓展收发器市场,如 英飞凌 、 意法半导体 、和Skyworks。

随着收发器向集成化和多模化发展,单模的收发器已经完全集成到基频里。不同频段和制式的射频前端器件也一直在以不同的方式集生产。分立的RF收发器越来越少见。

手机射频前端模块(FEM)

前端模块集成了开关和射频滤波器,完成天线接收和发射的切换、频段选择、接收和发射射频信号的滤波。在2GHz以下的频段,许多射频前端模块以互补金属氧化物半导体 (CMOS)、双极结型 晶体管 (BJT)、硅锗 (SiGe)或Bipolar CMOS等硅集成电路制程设计,逐渐形成主流。由于硅集成电路具有成熟的制程,足以设计庞大复杂的电路,加上可以与中频与基频电路一起设计,因而有极大的发展潜力。其它异质结构晶体管亦在特殊用途的电路崭露头角;然而在 5G Hz以上的频段,它在低噪声特性、高功率输出、功率增加效率的表现均远较砷化镓场效晶体管逊色,现阶段砷化镓场效晶体管制程仍在电性功能的表现上居优势。射频前端模块电路设计以往均着重功率放大器的设计,追求低电压操作、高功率输出、高功率增加效率,以符合使用低电压电池,藉以缩小体积,同时达到省电的要求。功率增加效率与线性度往往无法兼顾,然而在大量使用数字调变技术下,如何保持良好的线性度,成为必然的研究重点。

比如,2013年初出现的高集成智能手机前端模块,除了覆盖传统的GSM850、900、1800和1900 MHz频段以外,还涵盖WCDMA 第1、2、4和5频段,以及LTE第2、4、5和17频段。除三个声表面波滤波器和五个双工器以外,该模块还包含频段选择开关和解码器,同时在天线输出端还带有可防护高达4 kV的ESD 保护电路 。

手机RF模块发展趋势

随着手机制造商继续开发支持更多的频段和精简射频架构的手机,将3G手机中使用的GSM、EDGE、WCDMA和HSPA等多种频段和空中接口模块整合在一个高度集成、经过优化的RF模块中,已经成为3G手机设计射频方案的首选。

手机中的射频(RF)前端将越来越多地采用集成模块,因为它可以使子系统简化、成本下降和尺寸缩小,为手机增加新功能、节省提供空间,并为实现单芯片前端解决方案创造条件。随着前端模块(FEMs)到射频(RF)收发器模块相继投入使用,手机RF前端的整合之路一直在持续发展。事实上,早在RF收发器采用直接转换或零中频(ZIF)架构(先消除中频段,随后消除IF声表面波滤波器)的时候,前端集成就已经开始了。随着收发器架构的演进,外部合成元件(即电压控制 振荡器 和锁相环)已经被直接集成在收发器的芯片中。高集成度实现了成本的降低以及电路板尺寸的减小。向高集成度发展的趋势没有任何停止的迹象。不过,由于集成的途径非常多,因此在设计时必须仔细加以考虑。

高通推出PA,完善其平台化手机解决方案就是一个集成化的例子。此前手机平台方案主要包括手机基带芯片、应用处理器、射频芯片、 电源管理 以及连接芯片,PA没有在平台方案内,而是有其单独的供应商。高通推出PA,更多的是想使其解决方案更趋‘平台化’。

近几年来,聚焦射频(RF)技术,提供射频模块最新动态的网站也越来越多。帮助设计工程师挑选无线电频率经验证的最新集成解决方案和即插即用模块,并即时为现有应用增加无线功能。该解决方案中心汇聚了来自Skyworks、Murata、Pa nas onic和TexasInstruments等业界领先的制造商提供的最新射频模块。这些射频解决方案同时按频率范围(1GHz以下、1-5GHz和5GHz以上)和协议( 蓝牙 、 ZigBee 、Wi-Fi和GPS)两种方式分类。

手机射频芯片的作用

随着电路集成技术日新月异的发展,射频电路也趋向于集成化、模块化,这对于小型化移动终端的开发、应用是特别有利的。目前手机射频电路是以 RFIC 为中心结合外围辅助、控制电路构成的。射频电路中各典型功能模块的分析是我们讨论的主要内容。

手机射频模块驱动程序 浅谈手机射频芯片的作用

无线通讯的频谱有限,分配非常严格,相同频宽的电磁波只能使用一次,为了解决僧多粥少的难题,工程师研发出许多“调变技术”(Modulation)与“多工技术”(Multiplex),来增加频谱效率,因此才有了 3G、4G、5G 不同通讯世代技术的发明,那么在我们的手机里,是什么元件负责替我们处理这些技术的呢?

调变技术与多工技术

首先我们要了解“调变技术(Modulation)”与“多工技术(Multiplex)”是完全不一样的东西,让我们先来看看它们到底有什么不同?

数位讯号调变技术(ASK、FSK、PSK、QAM):将类比的电磁波调变成不同的波形来代表 0 与 1 两种不同的数位讯号。ASK 用振幅大小来代表 0 与 1、FSK 用频率大小来代表 0 与 1、PSK 用相位(波形)不同来代表 0 与 1、QAM 同时使用振幅大小与相位(波形)不同来代表 0 与 1。

不过,在实际设计时,真正实用的技巧是当这些准则和法则因各种设计约束而无法准确地实施时如何对它们进行折衷处理。当然,有许多重要的RF设计课题值得讨论,包括阻抗和阻抗匹配、绝缘层材料和层叠板以及波长和驻波,所以这些对手机的 EMC 、EMI影响都很大,下面就对手机PCB板的在设计RF布局时必须满足的条件加以总结:

1.1尽可能地把高功率RF放大器(HPA)和低噪音放大器(LNA)隔离开来。

简单地说,就是让高功率RF发射电路远离低功率RF接收电路。手机功能比较多、元器件很多,但是PCB空间较小,同时考虑到布线的设计过程限定最高,所有的这一些对设计技巧的要求就比较高。这时候可能需要设计四层到六层PCB了,让它们交替工作,而不是同时工作。高功率电路有时还可包括RF缓冲器和压控制振荡器(VCO)。确保PCB设计板上高功率区至少有一整块地,最好上面没有过孔,当然,铜皮越多越好。敏感的模拟信号应该尽可能远离高速数字信号和RF信号。

1.2 设计分区可以分解为物理分区和电气分区。

物理分区主要涉及元器件布局、朝向和屏蔽等问题;电气分区可以继续分解为电源分配、RF走线、敏感电路和信号以及接地等的分区。

1.2.1 我们讨论物理分区问题。

元器件布局是实现一个优秀RF设计的关键,最有效的技术是首先固定位于RF路径上的元器件,并调整其朝向以将RF路径的长度减到最小,使输入远离输出,并尽可能远地分离高功率电路和低功率电路。

最有效的电路板堆叠方法是将主接地面(主地)安排在表层下的第二层,并尽可能将RF线走在表层上。将RF路径上的过孔尺寸减到最小不仅可以减少路径电感,而且还可以减少主地上的虚焊点,并可减少RF能量泄漏到层叠板内其他区域的机会。在物理空间上,像多级放大器这样的线性电路通常足以将多个RF 区之间相互隔离开来,但是双工器、混频器和中频放大器/混频器总是有多个RF/IF信号相互干扰,因此必须小心地将这一影响减到最小。

1.2.2 RF与IF走线应尽可能走十字交叉,并尽可能在它们之间隔一块地。

正确的RF路径对整块PCB板的性能而言非常重要,这也就是为什么元器件布局通常在手机PCB板设计中占大部分时间的原因。在手机PCB板设计上,通常可以将低噪音放大器电路放在PCB板的某一面,而高功率放大器放在另一面,并最终通过双工器把它们在同一面上连接到RF端和基带处理器端的天线上。需要一些技巧来确保直通过孔不会把RF能量从板的一面传递到另一面,常用的技术是在两面都使用盲孔。可以通过将直通过孔安排在PCB板两面都不受RF 干扰的区域来将直通过孔的不利影响减到最小。有时不太可能在多个电路块之间保证足够的隔离,在这种情况下就必须考虑采用金属屏蔽罩将射频能量屏蔽在RF区域内,金属屏蔽罩必须焊在地上,必须与元器件保持一个适当距离,因此需要占用宝贵的PCB板空间。尽可能保证屏蔽罩的完整非常重要,进入金属屏蔽罩的数字信号线应该尽可能走内层,而且最好走线层的下面一层PCB是地层。RF信号线可以从金属屏蔽罩底部的小缺口和地缺口处的布线层上走出去,不过缺口处周围要尽可能地多布一些地,不同层上的地可通过多个过孔连在一起。

1.2.3 恰当和有效的芯片电源去耦也非常重要。

许多集成了线性线路的RF芯片对电源的噪音非常敏感,通常每个芯片都需要采用高达四个电容和一个隔离电感来确保滤除所有的电源噪音。一块集成电路或放大器常常带有一个开漏极输出,因此需要一个上拉电感来提供一个高阻抗RF负载和一个低阻抗直流电源,同样的原则也适用于对这一电感端的电源进行去耦。有些芯片需要多个电源才能工作,因此你可能需要两到三套电容和电感来分别对它们进行去耦处理,电感极少并行靠在一起,因为这将形成一个空芯变压器并相互感应产生干扰信号,因此它们之间的距离至少要相当于其中一个器件的高度,或者成直角排列以将其互感减到最小。

1.2.4 电气分区原则大体上与物理分区相同,但还包含一些其它因素。

手机的某些部分采用不同工作电压,并借助软件对其进行控制,以延长电池工作寿命。这意味着手机需要运行多种电源,而这给隔离带来了更多的问题。电源通常从连接器引入,并立即进行去耦处理以滤除任何来自线路板外部的噪声,然后再经过一组开关或稳压器之后对其进行分配。手机PCB板上大多数电路的直流电流都相当小,因此走线宽度通常不是问题,不过,必须为高功率放大器的电源单独走一条尽可能宽的大电流线,以将传输压降减到最低。为了避免太多电流损耗,需要采用多个过孔来将电流从某一层传递到另一层。此外,如果不能在高功率放大器的电源引脚端对它进行充分的去耦,那么高功率噪声将会辐射到整块板上,并带来各种各样的问题。高功率放大器的接地相当关键,并经常需要为其设计一个金属屏蔽罩。在大多数情况下,同样关键的是确保RF输出远离RF输入。这也适用于放大器、缓冲器和滤波器。在最坏情况下,如果放大器和缓冲器的输出以适当的相位和振幅反馈到它们的输入端,那么它们就有可能产生自激振荡。在最好情况下,它们将能在任何温度和电压条件下稳定地工作。实际上,它们可能会变得不稳定,并将噪音和互调信号添加到RF信号上。如果射频信号线不得不从滤波器的输入端绕回输出端,这可能会严重损害滤波器的带通特性。为了使输入和输出得到良好的隔离,首先必须在滤波器周围布一圈地,其次滤波器下层区域也要布一块地,并与围绕滤波器的主地连接起来。把需要穿过滤波器的信号线尽可能远离滤波器引脚也是个好方法。

此外,整块板上各个地方的接地都要十分小心,否则会在引入一条 耦合 通道。有时可以选择走单端或平衡RF信号线,有关交叉干扰和EMC/EMI的原则在这里同样适用。平衡RF信号线如果走线正确的话,可以减少噪声和交叉干扰,但是它们的阻抗通常比较高,而且要保持一个合理的线宽以得到一个匹配信号源、走线和负载的阻抗,实际布线可能会有一些困难。缓冲器可以用来提高隔离效果,因为它可把同一个信号分为两个部分,并用于驱动不同的电路,特别是本振可能需要缓冲器来驱动多个混频器。当混频器在RF频率处到达共模隔离状态时,它将无法正常工作。缓冲器可以很好地隔离不同频率处的阻抗变化,从而电路之间不会相互干扰。缓冲器对设计的帮助很大,它们可以紧跟在需要被驱动电路的后面,从而使高功率输出走线非常短,由于缓冲器的输入信号电平比较低,因此它们不易对板上的其它电路造成干扰。压控振荡器(VCO)可将变化的电压转换为变化的频率,这一特性被用于高速频道切换,但它们同样也将控制电压上的微量噪声转换为微小的频率变化,而这就给RF信号增加了噪声。

1.2.5 要保证不增加噪声必须从以下几个方面考虑:

首先,控制线的期望频宽范围可能从DC直到2MHz,而通过滤波来去掉这么宽频带的噪声几乎是不可能的;其次,VCO控制线通常是一个控制频率的反馈回路的一部分,它在很多地方都有可能引入噪声,因此必须非常小心处理VCO控制线。要确保RF走线下层的地是实心的,而且所有的元器件都牢固地连到主地上,并与其它可能带来噪声的走线隔离开来。

此外,要确保VCO的电源已得到充分去耦,由于VCO的RF输出往往是一个相对较高的电平,VCO输出信号很容易干扰其它电路,因此必须对 VCO加以特别注意。事实上,VCO往往布放在RF区域的末端,有时它还需要一个金属屏蔽罩。谐振电路(一个用于发射机,另一个用于接收机)与VCO有关,但也有它自己的特点。简单地讲,谐振电路是一个带有容性 二极管 的并行谐振电路,它有助于设置VCO工作频率和将语音或数据调制到RF信号上。所有 VCO的设计原则同样适用于谐振电路。由于谐振电路含有数量相当多的元器件、板上分布区域较宽以及通常运行在一个很高的RF频率下,因此谐振电路通常对噪声非常敏感。信号通常排列在芯片的相邻脚上,但这些信号引脚又需要与相对较大的电感和电容配合才能工作,这反过来要求这些电感和电容的位置必须靠得很近,并连回到一个对噪声很敏感的控制环路上。要做到这点是不容易的。

自动增益控制(AGC)放大器同样是一个容易出问题的地方,不管是发射还是接收电路都会有AGC放大器。AGC放大器通常能有效地滤掉噪声,不过由于手机具备处理发射和接收信号强度快速变化的能力,因此要求AGC电路有一个相当宽的带宽,而这使某些关键电路上的AGC放大器很容易引入噪声。设计 AGC线路必须遵守良好的模拟电路设计技术,而这跟很短的运放输入引脚和很短的反馈路径有关,这两处都必须远离RF、IF或高速数字信号走线。同样,良好的接地也必不可少,而且芯片的电源必须得到良好的去耦。如果必须要在输入或输出端走一根长线,那么最好是在输出端,通常输出端的阻抗要低得多,而且也不容易感应噪声。通常信号电平越高,就越容易把噪声引入到其它电路。在所有PCB设计中,尽可能将数字电路远离模拟电路是一条总的原则,它同样也适用于 RFPCB设计。公共模拟地和用于屏蔽和隔开信号线的地通常是同等重要的。

因此在设计早期阶段,仔细的计划、考虑周全的元器件布局和彻底的布局*估都非常重要,同样应使RF线路远离模拟线路和一些很关键的数字信号,所有的RF走线、焊盘和元件周围应尽可能多填接地铜皮,并尽可能与主地相连。如果RF走线必须穿过信号线,那么尽量在它们之间沿着RF走线布一层与主地相连的地。如果不可能的话,一定要保证它们是十字交叉的,这可将容性耦合减到最小,同时尽可能在每根RF走线周围多布一些地,并把它们连到主地。此外,将并行 RF走线之间的距离减到最小可以将感性耦合减到最小。一个实心的整块接地面直接放在表层下第一层时,隔离效果最好,尽管小心一点设计时其它的做法也管用。在PCB板的每一层,应布上尽可能多的地,并把它们连到主地面。尽可能把走线靠在一起以增加内部信号层和电源分配层的地块数量,并适当调整走线以便你能将地连接过孔布置到表层上的隔离地块。应当避免在PCB各层上生成游离地,因为它们会像一个小天线那样拾取或注入噪音。在大多数情况下,如果你不能把它们连到主地,那么你最好把它们去掉。

1.3 在手机PCB板设计时,应对以下几个方面给予极大的重视

1.3.1电源、地线的处理

既使在整个PCB板中的布线完成得都很好,但由于电源、地线的考虑不周到而引起的干扰,会使产品的性能下降,有时甚至影响到产品的成功率。所以对电、地线的布线要认真对待,把电、地线所产生的噪音干扰降到最低限度,以保证产品的质量。对每个从事电子产品设计的工程人员来说都明白地线与电源线之间噪音所产生的原因,现只对降低式抑制噪音作以表述:

(1)、众所周知的是在电源、地线之间加上去耦电容。

(2)、尽量加宽电源、地线宽度,最好是地线比电源线宽,它们的关系是:地线>电源线>信号线,通常信号线宽为:0.2~0.3mm,最经细宽度可达0.05~0.07mm,电源线为1.2~2.5mm。对数字电路的PCB可用宽的地导线组成一个回路,即构成一个地网来使用(模拟电路的地不能这样使用)

(3)、用大面积铜层作地线用,在印制板上把没被用上的地方都与地相连接作为地线用。或是做成多层板,电源,地线各占用一层。

1.3.2数字电路与模拟电路的共地处理

现在有许多PCB不再是单一功能电路(数字或模拟电路),而是由数字电路和模拟电路混合构成的。因此在布线时就需要考虑它们之间互相干扰问题,特别是地线上的噪音干扰。数字电路的频率高,模拟电路的敏感度强,对信号线来说,高频的信号线尽可能远离敏感的模拟电路器件,对地线来说,整人PCB对外界只有一个结点,所以必须在PCB内部进行处理数、模共地的问题,而在板内部数字地和模拟地实际上是分开的它们之间互不相连,只是在PCB与外界连接的接口处(如插头等)。数字地与模拟地有一点短接,请注意,只有一个连接点。也有在PCB上不共地的,这由系统设计来决定。

1.3.3信号线布在电(地)层上

在多层印制板布线时,由于在信号线层没有布完的线剩下已经不多,再多加层数就会造成浪费也会给生产增加一定的工作量,成本也相应增加了,为解决这个矛盾,可以考虑在电(地)层上进行布线。首先应考虑用电源层,其次才是地层。因为最好是保留地层的完整性。

1.3.4大面积导体中连接腿的处理

在大面积的接地(电)中,常用元器件的腿与其连接,对连接腿的处理需要进行综合的考虑,就电气性能而言,元件腿的焊盘与铜面满接为好,但对元件的焊接装配就存在一些不良隐患如:①焊接需要大功率加热器。②容易造成虚焊点。所以兼顾电气性能与工艺需要,做成十字花焊盘,称之为热隔离(heatshield)俗称热焊盘(Thermal),这样,可使在焊接时因截面过分散热而产生虚焊点的可能性大大减少。多层板(MTK)的接电(地)层腿的处理相同。

1.3.5布线中网络系统的作用

在许多CAD系统中,布线是依据网络系统决定的。网格过密,通路虽然有所增加,但步进太小,图场的数据量过大,这必然对设备的存贮空间有更高的要求,同时也对象计算机类电子产品的运算速度有极大的影响。而有些通路是无效的,如被元件腿的焊盘占用的或被安装孔、定们孔所占用的等。网格过疏,通路太少对布通率的影响极大。所以要有一个疏密合理的网格系统来支持布线的进行。标准元器件两腿之间的距离为0.1英寸(2.54mm),所以网格系统的基础一般就定为0.1英寸(2.54mm)或小于0.1英寸的整倍数,如:0.05英寸、0.025英寸、0.02英寸等。

1.4进行高频PCB设计的技巧和方法如下:

1.4.1传输线拐角要采用45°角,以降低回损

1.4.2要采用绝缘常数值按层次严格受控的高性能绝缘电路板。这种方法有利于对绝缘材料与邻近布线之间的电磁场进行有效管理。

1.4.3要完善有关高精度蚀刻的PCB设计规范。要考虑规定线宽总误差为+/-0.0007英寸、对布线形状的下切(undercut)和横断面进行管理并指定布线侧壁电镀条件。对布线(导线)几何形状和涂层表面进行总体管理,对解决与微波频率相关的趋肤效应问题及实现这些规范相当重要。

1.4.4突出引线存在抽头电感,要避免使用有引线的组件。高频环境下,最好使用表面安装组件。

1.4.5对信号过孔而言,要避免在敏感板上使用过孔加工(pth)工艺,因为该工艺会导致过孔处产生引线电感。

1.4.6要提供丰富的接地层。要采用模压孔将这些接地层连接起来防止3维电磁场对电路板的影响。

1.4.7要选择非电解镀镍或浸镀金工艺,不要采用HASL法进行电镀。这种电镀表面能为高频电流提供更好的趋肤效应(图2)。此外,这种高可焊涂层所需引线较少,有助于减少环境污染。

1.4.8阻焊层可防止焊锡膏的流动。但是,由于厚度不确定性和绝缘性能的未知性,整个板表面都覆盖阻焊材料将会导致微带设计中的电磁能量的较大变化。一般采用焊坝(solderdam)来作阻焊层。的电磁场。这种情况下,我们管理着微带到同轴电缆之间的转换。在同轴电缆中,地线层是环形交织的,并且间隔均匀。在微带中,接地层在有源线之下。这就引入了某些边缘效应,需在设计时了解、预测并加以考虑。当然,这种不匹配也会导致回损,必须最大程度减小这种不匹配以避免产生噪音和信号干扰。

1.5电磁兼容性设计

电磁兼容性是指电子设备在各种电磁环境中仍能够协调、有效地进行工作的能力。电磁兼容性设计的目的是使电子设备既能抑制各种外来的干扰,使电子设备在特定的电磁环境中能够正常工作,同时又能减少电子设备本身对其它电子设备的电磁干扰。

1.5.1选择合理的导线宽度

由于瞬变电流在印制线条上所产生的冲击干扰主要是由印制导线的电感成分造成的,因此应尽量减小印制导线的电感量。印制导线的电感量与其长度成正比,与其宽度成反比,因而短而精的导线对抑制干扰是有利的。 时钟 引线、行驱动器或总线驱动器的信号线常常载有大的瞬变电流,印制导线要尽可能地短。对于分立元件电路,印制导线宽度在1.5mm左右时,即可完全满足要求;对于集成电路,印制导线宽度可在0.2~1.0mm之间选择。

1.5.2采用正确的布线策略

采用平等走线可以减少导线电感,但导线之间的互感和分布电容增加,如果布局允许,最好采用井字形网状布线结构,具体做法是印制板的一面横向布线,另一面纵向布线,然后在交叉孔处用金属化孔相连。

1.5.3为了抑制印制板导线之间的串扰,在设计布线时应尽量避免长距离的平等走线,尽可能拉开线与线之间的距离,信号线与地线及电源线尽可能不交叉。在一些对干扰十分敏感的信号线之间设置一根接地的印制线,可以有效地抑制串扰。

1.5.4为了避免高频信号通过印制导线时产生的电磁辐射,在印制电路板布线时,还应注意以下几点:

(1)尽量减少印制导线的不连续性,例如导线宽度不要突变,导线的拐角应大于90度禁止环状走线等。

(2)时钟信号引线最容易产生电磁辐射干扰,走线时应与地线回路相靠近,驱动器应紧挨着连接器。

(3)总线驱动器应紧挨其欲驱动的总线。对于那些离开印制电路板的引线,驱动器应紧紧挨着连接器。

(4)数据总线的布线应每两根信号线之间夹一根信号地线。最好是紧紧挨着最不重要的地址引线放置地回路,因为后者常载有高频电流。

(5)在印制板布置高速、中速和低速逻辑电路时,应按照图1的方式排列器件。

1.5.5抑制反射干扰

为了抑制出现在印制线条终端的反射干扰,除了特殊需要之外,应尽可能缩短印制线的长度和采用慢速电路。必要时可加终端匹配,即在传输线的末端对地和电源端各加接一个相同阻值的匹配电阻。根据经验,对一般速度较快的TTL电路,其印制线条长于10cm以上时就应采用终端匹配措施。匹配电阻的阻值应根据集成电路的输出驱动电流及吸收电流的最大值来决定。

1.5.6电路板设计过程中采用差分信号线布线策略

布线非常靠近的差分信号对相互之间也会互相紧密耦合,这种互相之间的耦合会减小EMI发射,通常(当然也有一些例外)差分信号也是高速信号,所以高速设计规则通常也都适用于差分信号的布线,特别是设计传输线的信号线时更是如此。这就意味着我们必须非常谨慎地设计信号线的布线,以确保信号线的特征阻抗沿信号线各处连续并且保持一个常数。在差分线对的布局布线过程中,我们希望差分线对中的两个PCB线完全一致。这就意味着,在实际应用中应该尽最大的努力来确保差分线对中的PCB线具有完全一样的阻抗并且布线的长度也完全一致。差分PCB线通常总是成对布线,而且它们之间的距离沿线对的方向在任意位置都保持为一个常数不变。通常情况下,差分线对的布局布线总是尽可能地靠近。

分享到:
微信 新浪微博 QQ空间 LinkedIn

上一篇:蔚来以每股6.25美元登陆纽交所,市值64亿美元

下一篇:RF驱动放大器是什么 射频驱动放大器的设计

打开摩尔直播,更多新闻内容
半导体大咖直播分享高清观看
立即下载